工件的安裝及夾具

1、第五章：工件的安裝及夾具（2學(xué)時）5.1機(jī)床夾具的定義及組成一、機(jī)床夾具的定義機(jī)床夾具：將工件進(jìn)行定位、夾緊，將刀具進(jìn)行導(dǎo)向或?qū)Φ?、以保證工件和刀具間的相對位置關(guān)系的附加裝置，簡稱夾具。將刀具在機(jī)床上進(jìn)行定位、夾緊的裝置，稱為輔助工具。舉例說明機(jī)床夾具：圖5-1。二、夾具組成由六部分組成1）定位元件 起定位作用，保證工件相對于夾具的位置，可用六點(diǎn)定位原理來分析其所限制的自由度。2）夾緊裝置 將工件夾緊，以保證在加工時保持所限制的自由度。根據(jù)動力源的不同，可分為手動、氣動、液動和電動等夾緊方式。3）導(dǎo)向元件和對刀裝置是用來保證刀具相對于夾具的位置，對于鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、鏜刀等孔加工刀具用導(dǎo)向元

2、件，對于銑刀、刨刀等用對刀裝置。4）連接元件是用來保證夾具和機(jī)床工作臺之間的相對位置。5）夾具體定位元件、夾緊裝置、導(dǎo)向元件、對刀裝置、連接元件等都裝在它上面，保證各元件之間的相對位置。6）其它零件及裝置如動力裝置的操作系統(tǒng)等。5.2夾具的作用及分類一、夾具的作用1）保證加工質(zhì)量 如相對位置精度的保證，精度的一致性等。2）提高生產(chǎn)率用夾具來定位、夾緊工件，就避免了手工操作劃線等方法來定位工件，縮短了安裝工件的時間。3）減輕勞動強(qiáng)度如可用氣動、電動緊。4）擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍如在銑床上加一個轉(zhuǎn)臺或分度裝置，可以加工有等分要求的零件。在車床上加上三爪卡盤，加工短軸類，套筒類零件等要方便得多。有些夾具

3、對保證發(fā)揮機(jī)床基本性能的作用是很大的，如在牛頭刨床上沒有虎鉗是很難進(jìn)行加工的。二、夾具的分類1. 按通用化程度分1）通用夾具圖5-1a, b, c與通用機(jī)床配套，作為通用機(jī)床的附件，如三爪卡盤、四爪卡盤、虎鉗、分度頭和轉(zhuǎn)臺等2）專用夾具圖4-1、4-2根據(jù)零件工藝過程中某工序的要求專門設(shè)計的夾具，此夾具只為該零件用，一般都是成批和大量生產(chǎn)中所需，數(shù)量也比較大。3）成組夾具適用于一組零件的夾具，一般都是同類零件，經(jīng)過調(diào)整（如更換、增加一些元件）可用來定位、夾緊一組零件。4）組合夾具圖5-2a由許多標(biāo)準(zhǔn)件組合而成，可根據(jù)零件加工工序的需要拼裝，用完后再拆卸，可用于單件、小批生產(chǎn)。5）隨行夾具圖5-

4、2b用于自動線上，工件安裝在隨行夾具上，隨行夾具由運(yùn)輸裝置送往各機(jī)床，并在機(jī)床夾具或機(jī)床工作臺上進(jìn)行定位夾緊。2.從用途來分可分為機(jī)床夾具（車床夾具、磨床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、銑床夾具等），裝配夾具和檢驗夾具等。 3. 從動力來源來分可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具、自緊夾具等。5.3工件的安裝一、工件安裝定義定位：把工件安放在機(jī)床工作臺上或夾具中，使它和刀具之間有正確的相對位置。夾緊：將工件定位后固定，使其受力時仍能保持定位位置不變。安裝：工件從定位到夾緊的整個過程。或者說，安裝是由定位與夾緊兩部分組成。舉例說明工件安裝的定義。二、工件在機(jī)床上或夾具中安裝

5、方式1. 直接找正安裝工件的定位過程可以由操作工人直接在機(jī)床上利用千分表、劃線盤等工具，找正某些有相互位置要求的表面，然后夾緊工件，稱之為直接找正安裝。例子：車床四爪卡盤2. 劃線找正安裝按圖紙要求在工件表面上劃出位置線及加工線和找正線，安裝工件時，先在機(jī)床上按找正線找正工件的位置，然后夾緊工件。例子（圖46）：要在長方形工件上鏜孔，可先在劃線平臺上劃出孔的十字中心線，再劃出加工線和找正線（找正線和加工線之間的距離一般為5mm）。然后將工件安放在四爪單動卡盤上輕輕夾住，轉(zhuǎn)動四爪單動卡盤，用劃針檢查找正線，找正后夾緊工件。3. 夾具安裝為保證加工精度要求和提高生產(chǎn)率，通常多采用夾具安裝，用夾具安

6、裝工件，不再需要劃線和找正，直接由夾具保證工件在機(jī)床上的正確位置，并在夾具上直接夾緊工件。5.4工件的定位一、定位原理1. 六點(diǎn)定位原理采用6個按一定規(guī)則布置的約束點(diǎn)，可以限制工件的6個自由度，實現(xiàn)完全定位，稱為六點(diǎn)定位原理。一個物體在空間可以有6個獨(dú)立的運(yùn)動，如圖4-7所示的長方體，它在直角坐標(biāo)系oxyz中可以有3個平移運(yùn)動和3個轉(zhuǎn)動。3個平移運(yùn)動分別是沿x,y,z軸的平移運(yùn)動，記為 ， ， ；三個轉(zhuǎn)動分別是繞x,y,z軸的轉(zhuǎn)動，記為 ， ， ；習(xí)慣上把上述6個獨(dú)立運(yùn)動稱作6個自由度。如果采取一定的約束措施，削除物體的6個自由度，則物體被完全定位。 如（圖4-8）：ü 約束點(diǎn)1,2

7、,3可以限制 ， 和 三個自由度；ü 約束點(diǎn)4,5可以限制 和 兩個自由度；ü 約束點(diǎn)6可以限制 一個自由度。這就完全限制了長方體的6個自由度。在實際應(yīng)用中，常把接觸面積很小的支承釘看作是約束點(diǎn)，即按上述位置布置6個支承釘，可限制長方體工件的6個自由度。2. 典型定位元件及限制的自由度典型定位元件 （表4-2）由于工件的形狀是千變?nèi)f化的，用于代替約束點(diǎn)的定位元件的各類也很多，除了支承釘以外，常用的還有：支承板、長銷、短銷、長V形塊、短V形塊，長定位套、短定位套、固定錐銷、浮動錐銷等。3. 完全定位和不完全定位完全定位：需要限制6個自由度，不完全定位：僅需要限制15個自由度。

8、如圖4-9中列舉的6種情況： 圖a球體銑平面需限制z方向的移動自由度（ ）； 圖b要求在球體上鉆通孔，需要限制（ 和 ）2個自由度。 圖c要求在長方體上通銑平面，需限制（ 、 和 ）3個自由度。 圖d要求在圓軸上通銑鍵槽，需限制（除 和 ）4個自由度。 圖e要求在長方體上通銑槽，需限制（除 ）5個自由度。 圖f要求在長方體上銑不通槽，需限制6個自由度。 4. 欠定位和過定位 1）欠定位 約束數(shù)<必須限制的自由度數(shù)，不允許。2）過定位 約束數(shù)>必須限制的自由度數(shù)，不允許：工件的定位面為沒有經(jīng)過機(jī)械加工的毛坯面或雖經(jīng)過了機(jī)械加工，但仍然很粗糙。允許：工件的定位面經(jīng)過了機(jī)械加工，并且定位

9、面的尺寸、形狀和位置都做得比較準(zhǔn)確、光整。此時過定位不但對加工面的位置尺寸影響不大，反而可以增加加工時的剛性。例子：圖為平面定位的情況。圖4-13（a）中采用4個支承釘是過定位情況。若工件的定位面尚未經(jīng)過機(jī)械加工，表面仍然粗糙，則該定位面實際上只可能與3個支承釘接觸。如果在夾緊力作用下強(qiáng)行使工件定位面與4個支承釘都接觸，則會使工件變形，產(chǎn)生加工誤差。如果工件的定位面已經(jīng)過機(jī)械加工，并且很平整，4個支承釘頂面又準(zhǔn)確地位于同一個平面內(nèi)，則上述過定位不公允許而且能增強(qiáng)支承剛度，減小工件的受力變形，這時還可以將支承釘改為支承板（圖b）。二、常用定位方法與定位元件1. 工件以平面定位 平面定位的主要形式

10、是支承定位。 1）固定支承 是最常用的平面定位元件，有支承釘和支承板兩種形式。圖4-15（a）,（b）（c）所示為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三種支承釘。圖（d）,（e）所示為國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩種支承板。2）可調(diào)支承支承點(diǎn)位置可以調(diào)整的支承。圖4-16所示為幾種常見的可調(diào)支承。可調(diào)支承用于毛坯面，以調(diào)節(jié)補(bǔ)償各批毛坯尺寸的誤差。3）自位支承 自位支承可以隨工件定位基準(zhǔn)面的變化而自動調(diào)整并與之相適應(yīng)，以達(dá)到既減小壓強(qiáng)，又不影響所限制的自由度數(shù)。圖4-17所示為幾種常見的自位支承形式。4）輔助支承 輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，其高度是由工件確定的，因此它不起定位作用，但輔助支承鎖緊后就成為固定支承，能承

11、受切削力。輔助支承的結(jié)構(gòu)形式很多，圖4-18是其中的3種。注意：可調(diào)支撐和輔助支撐形式相近，但本質(zhì)不同，前者起定位作用，后者不起定位作用。2. 工件以圓柱孔定位 工件以圓柱孔定位大都屬于定心定位（定位基準(zhǔn)為孔的軸線），夾具上相應(yīng)的定位元件是軸和定位銷。 1）心軸心軸的結(jié)構(gòu)形式很多，圖4-19為幾種常見的剛性心軸，其中圖（a）為過盈配合心軸，圖（b）為間隙配合心軸，圖（c）是小錐度心軸，小錐度心軸的錐度為1:50001:1000。2）定位銷 圓柱銷：限制軸線法平面上的兩個移動自由度，圖4-20。 菱形銷：限制軸線法平面上的一個自由度，圖4-21（a）。 圓錐銷：限制三個移動自由度，圖4-21（b

12、）和（c）。3. 工件以外圓表面定位工件以外圓表面定位有兩種形式，一種是定心定位，一種是支承定位。定心定位：采用套筒、卡盤或錐套作為定位元件，其情況與工件以圓柱孔定位的情況相仿，只是用套筒或卡盤代替了心軸或柱銷，以錐套代替了錐銷，如圖4-22所示.支承定位：常用的定位元件是V形塊。V形塊兩斜面之間的夾角a一般取60°,90°和120°,其中以90°為最多。90°夾角的V形塊結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，如圖4-23所示。V形塊定位的特點(diǎn)是：對中性好；可用于非完整外圓表面的定位。長V形塊：限制工件的4個自由度，短V形塊：只限制2個自由度。4. 定位表面的組合實

13、際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的不是一個表面定位，而是幾個定位表面的組合，常見的定位表面組合有：平面與平面的組合，平面與內(nèi)/外圓表面的組合，平面與其它表面的組合等。在多個表面同時參與定位的情況下，各表面在定位中所起的作用有主次之分。第一定位基準(zhǔn)面：定位點(diǎn)數(shù)最多的定位表面，又稱主要定位面或支承面；第二定位基準(zhǔn)面：定位點(diǎn)數(shù)次多的定位表面，又稱導(dǎo)向面；第三定位基準(zhǔn)面：定位點(diǎn)數(shù)為1的定位表面，又稱止動面。例1：如圖4-26所示的軸類零件在機(jī)床前后頂尖上定位的情況，前頂尖所限制的自由度： , 和 ，后頂尖所限制的自由度：孤立地看，由于后頂尖在Z方向上可移動，因此只限制 和 兩個自由度。但若與前頂尖一起考慮，則后頂尖實

14、際限制的是工件 和 兩個自由度。例2：在加工箱體類零件時經(jīng)常采用一面兩孔（一個大平面及與該平面相垂直的兩個圓孔組合）定位，夾具上相應(yīng)的定位元件是一面兩銷。為了避免由于過定位而引起的工件安裝時的干涉，兩銷中的一個應(yīng)采用菱形銷。在實際生產(chǎn)中，由于菱形銷的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化（表4-3），因而按下面的步驟設(shè)計菱形銷。1）確定兩銷中心尺寸及公差兩定位銷中心距的基本尺寸=工件上兩孔中心距的基本尺寸，其公差取工件孔中心距的1/51/3。2）確定圓柱銷直徑及其公差圓柱銷直徑的基本尺寸=孔的最小直徑，公差一般取g6或f7。3）確定菱形銷寬度、直徑及其公差ü 按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取菱形銷的寬度b（表4-3）；

15、2; 計算出菱形銷與其配合孔的最小間隙D2min（式4-2）；ü 計算菱形銷直徑的基本尺寸d2=D2-D2min；ü 按h6或h7選取菱形銷直徑的公差。5.5工件在夾具中的夾緊一 對夾緊裝置的要求基本要求：1)保持工件定位時所獲得的正確位置。2)夾緊應(yīng)可靠和適當(dāng)。(1) 可自鎖，加工時不會松動；(2) 不使工件產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)淖冃魏捅砻鎿p傷。3)夾緊操作方便、省力、安全。4)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和自動化程度與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)力求簡單、緊湊，并盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化元件。二 夾緊力的確定夾緊力三個要素：力的大小、方向和作用點(diǎn)。1夾緊力方向的選擇1) 有利于工件的準(zhǔn)確定位。為此一般

16、要求主要夾緊力應(yīng)垂直指向主要定位面。如圖4-33所示，在直角支座零件上鏜孔，要求保證孔與端面的垂直度，則應(yīng)以端面A為第一定位基準(zhǔn)面，此時夾緊力作用方向應(yīng)如圖中實線巧：所示。若要求保證被加工孔軸線與支座底面平行，應(yīng)以底面B為第一定位基準(zhǔn)面，此時夾緊力方向應(yīng)如圖中n：所示。否則，由于A面與B面的垂直度誤差，將會引起被加工孔軸線相對于A面(或B面)的位置誤差。實際上，在這種情況下，由于夾緊力作用不當(dāng)，將會使工件的主要定位基準(zhǔn)面發(fā)生轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生定位誤差。2) 盡量與工件剛度最大的方向相一致。例如圖4-34所示的薄壁套筒工件，它的軸向剛度比徑向剛度大。若如圖(a)所示，用三爪自定心卡盤徑向夾緊套簡，將

17、使工件產(chǎn)生較大變形。若改成圖(b)的形式，用螺母軸向夾緊工件，則不易產(chǎn)生變形。3) 盡可能與切削力、工件重力方向一致，以減小夾緊力。如圖4-35所示，夾緊力巧，與主切削力方向一致，切削力由夾具的固定支承承受，所需夾緊力較小。若如圖(b)所示，則夾緊力至少要大于切削力。2夾緊力作用點(diǎn)的選擇夾緊力作用點(diǎn)的選擇：在夾緊力作用方向確定后，確定夾緊元件與工件接觸點(diǎn)的位置和接觸點(diǎn)的數(shù)目。注意點(diǎn)：1) 作用點(diǎn)不應(yīng)位于支承元件所形成的支承面以外， 如圖4-36所示，夾緊力作用點(diǎn)不正對支承元件，產(chǎn)生了使工件翻轉(zhuǎn)的力矩，破壞了工件的定位。夾緊力作用點(diǎn)的正確位置應(yīng)如圖中雙點(diǎn)劃線箭頭所示。2) 應(yīng)處在工件剛性較好的部

18、位，以減小夾緊變形。如圖4-37(a)所示，夾緊力作用點(diǎn)在工件剛度較差的部位，易使工件發(fā)生變形，如改為圖4-37(b)所示情況，不但作用點(diǎn)處的工件剛度較好，而且夾緊力均勻分布在環(huán)形接觸面上，可使工件整體及局部變形都最小。對于薄壁零件，增加均布作用點(diǎn)的數(shù)目常常是減小工件夾緊變形的有效方法，如圖4-37(c)所示。夾緊力通過一厚度較大的錐面墊圈作用在工件的薄壁上，使夾緊力均勻分布，防止了工件的局部壓陷。3) 盡可能靠近被加工表面，以減小切削變形，必要時應(yīng)在工件剛度差的部位增加輔助支承井施加夾緊力，以減小切削過程中的振動和變形。如圖4-38所示零件加工部位剛度較差，在靠近切削部位處增加輔助支承并施加

19、附加夾緊力，可有效地防止切削過程中的振動和變形。3夾緊力大小的估算夾緊力不足：工件產(chǎn)生位移、振動；夾緊力過大：工件或夾具變形或表面損傷。因此，應(yīng)對所需的夾緊力進(jìn)行估算。夾緊力計算：(1) 建立工件力系；確定作用于工件的切削力、重力和夾緊力的方向、作用點(diǎn)；(2) 建立力平衡方程；(3) 求最小夾緊力；求出的夾緊力是保持工件平衡所需的最小夾緊力(4) 求實際夾緊力最小夾緊力乘以一適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)k即可得到所需要的夾緊力。安全系數(shù)k通常取1.52.5。精加工和連續(xù)切削時取較小值；粗加工或斷續(xù)切削時取較大值。當(dāng)夾緊力與切削力方向相反時，k值可取2.53。5.6各類機(jī)床夾具舉例一 鉆床夾具鉆床夾具因大都具

20、有刀具導(dǎo)向裝置，習(xí)慣上又稱為鉆模。在機(jī)床夾具中，鉆模占有相當(dāng)大的比例。1鉆模的類型鉆模根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為固定式鉆模、回轉(zhuǎn)式鉆模、翻轉(zhuǎn)式鉆模、蓋板式鉆模和滑柱式鉆模等。圖4-41所示為一回轉(zhuǎn)式鉆模，用來加工扇形工件上3個有角度關(guān)系的徑向孔。擰緊螺母4，通過開口墊圈3將工件夾緊。轉(zhuǎn)動手柄9，可將分度盤8松開。此時用捏手11將定位銷1從定位套2中拔出，使分度盤連同工件一起回轉(zhuǎn)200，將定位銷1重新插入定位套2或2”，即實現(xiàn)了分度。再將手柄9轉(zhuǎn)回，將分度盤鎖緊即可進(jìn)行加工。回轉(zhuǎn)式鉆模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是夾具具有分度裝置，而某些分度裝置已標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)計回轉(zhuǎn)式鉆模時可以充分利用這些裝置。2鉆模結(jié)構(gòu)(1)鉆套作用

21、：引導(dǎo)刀具，保證孔位置，防止刀具偏斜。分類：固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套。固定鉆套(圖4-45(a)直接壓入鉆模板或夾具體的孔中，位置精度較高，但磨損后不易拆卸，故多用于中、小批量生產(chǎn)?？蓳Q鉆套(圖4-45(b)以間隙配合安裝在襯套中，而襯套則壓入鉆模板或夾具體的孔中。為防止鉆套在襯套中轉(zhuǎn)動，加一固定螺釘?？蓳Q鉆套在磨損后可以更換，故多用于大批量生產(chǎn)?？鞊Q鉆套(圖445(c)具有快速更換的特點(diǎn)，更換時不需擰動螺釘，而只要將鉆套逆時針方向轉(zhuǎn)動一個角度，使螺釘頭部對準(zhǔn)鉆套缺口即可取下鉆套?？鞊Q鉆套多用于同一孔需經(jīng)多個工步(如鉆、擴(kuò)、鉸等)加工的情況。上述3種鉆套均已標(biāo)準(zhǔn)化，其規(guī)格可查閱有

22、關(guān)手冊。特殊鉆套(圖4-46)用于特殊加工的場合，例如在斜面上鉆孔，在工件凹陷處鉆孔，鉆多個小間距孔等等。此時不宜使用標(biāo)準(zhǔn)鉆套，可根據(jù)特殊要求設(shè)計專用鉆套?？讖絛：ddmax引導(dǎo)孔的基本尺寸等于刀具的最大極限尺寸精度：鉆孔和擴(kuò)孔：F7，粗鉸：G7，精鉸：G6。高度H：H=(12.5)d(見圖447)對于精度要求較高的孔、直徑較小的孔和刀具剛性較差時應(yīng)取較大值。排屑間隙h：h(0.31.2)d。(2)鉆模板用途：安裝鉆套分類：固定式、鉸鏈?zhǔn)健⒎蛛x式和懸掛式。圖4-40：固定式鉆模板。圖4-48：分離式鉆模板，圖4-49：懸掛式鉆模板。 (3)夾具體作用：安裝鉆模板，保證工件、鉆套、鉆頭具有正確的

23、相對位置。二 車床夾具 1車床夾具的類型 根據(jù)工件的定位基準(zhǔn)和夾具本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，車床夾具可分為以下4類： 1)以工件外圓定位的車床夾具，如各類夾盤和夾頭。 2)以工件內(nèi)孔定位的車床夾具，如各種心軸。 3)以工件頂尖孔定位的車床夾具，如頂尖、撥盤等。 4)用于加工非回轉(zhuǎn)體的車床夾具，如各種彎板式、花盤式車床夾具。 當(dāng)工件定位表面為單一圓柱表面或與被加工面相垂直的平面時，可采用各種通用車床夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、頂尖、花盤等。當(dāng)工件定位面較復(fù)雜或有其它特殊要求時(例如為了獲得高的定位精度或在大批量生產(chǎn)時要求有較高的生產(chǎn)率)，應(yīng)設(shè)汁專用車床夾具。圖4-59所示為一彎板式車床夾具，用于加工殼體零件的孔和端面。工件以底面及兩孔定位，并用兩個鉤形壓板夾緊。鏜孔中心線與零件底面之間的80夾角由彎板的角度來保證。為了控制端面尺寸，在夾具上設(shè)置了供測量用的測量基準(zhǔn)(圓柱棒端面)，同時設(shè)置了一個供檢驗和校正夾具用的工藝孔。圖4-60所示為車床上使用的感應(yīng)式電磁卡盤。當(dāng)線圈1上通入直流電后，在鐵芯4上產(chǎn)生磁力線